Il presente protocollo descrive un modello di ratto di lesione cerebrale traumatica indotta da percussioni fluide seguito da una serie di test comportamentali per comprendere lo sviluppo del comportamento dominante e sottomesso. L'utilizzo di questo modello di lesione cerebrale traumatica in combinazione con specifici test comportamentali consente lo studio delle menomazioni sociali a seguito di lesioni cerebrali.
È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Articolo metodologico
Valutazione del comportamento dominante-sottomesso nei ratti adulti a seguito di trauma cranico
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
La competizione per risorse come cibo, territorio e compagni influenza significativamente le relazioni all'interno delle specie animali ed è mediata attraverso gerarchie sociali che sono spesso basate su relazioni dominante-sottomessa. La relazione dominante-sottomessa è un normale modello comportamentale tra gli individui di una specie. La lesione cerebrale traumatica è una causa frequente di compromissione dell'interazione sociale e della riorganizzazione delle relazioni dominante-sottomessa nelle coppie animali. Questo protocollo descrive il comportamento sottomesso nei ratti maschi adulti di Sprague-Dawley dopo l'induzione di lesioni cerebrali traumatiche utilizzando un modello fluido-percussione rispetto ai ratti naïve attraverso una serie di test dominante-sottomessi eseguiti tra 29 giorni e 33 giorni dopo l'induzione. Il test del comportamento dominante-sottomesso mostra come la lesione cerebrale può indurre un comportamento sottomesso negli animali in competizione per il cibo. Dopo una lesione cerebrale traumatica, i roditori erano più sottomessi, come indicato dal fatto che trascorrevano meno tempo all'alimentatore e avevano meno probabilità di arrivare per primi al trogolo rispetto agli animali di controllo. Secondo questo protocollo, il comportamento sottomesso si sviluppa dopo una lesione cerebrale traumatica nei ratti maschi adulti.
Introduzione
La competizione intraspecie si verifica quando i membri della stessa specie competono per una risorsa limitata allo stesso tempo1. Al contrario, la competizione interspecie si verifica tra membri di due specie diverse2. La competizione intraspecie è divisa in due tipi, tra cui l'interferenza (adattata) e lo sfruttamento (concorso), e sorge a seconda del tipo di risorsa in contesa, come cibo e territorio3.
L'esistenza di gerarchie sociali è impossibile senza relazioni dominante-sottomessa (DSR). La dominanza si presenta come "vincente" e la subordinazione come "perdente" all'interno di coppie di animali4. Tuttavia, i DSR appaiono non solo in coppia, ma anche in gruppi di tre o più. Nel 1922, Thorleif Schjelderup-Ebbe descrisse la gerarchia di dominanza nei polli domestici. I principali segni distintivi tra gli animali dominanti e subordinati erano il tempo trascorso all'alimentatore e il comportamento aggressivo. La gerarchia di dominanza è divisa in due forme: lineare e non lineare5. La dominanza lineare coinvolge due gruppi, A e B. In questo paradigma di relazioni transitive6, il gruppo A domina il gruppo B, o il gruppo B domina il gruppo A. La dominanza non lineare si verifica quando esiste almeno una relazione circolare: A domina B, B domina C e C domina A7.
Esistono modelli per valutare il comportamento dominante-sottomesso per diverse specie, tra cui roditori, uccelli8, primati non umani 9,10,11 e umani 12. Il metodo dominante-sottomesso è ben rappresentato in letteratura ed è stato applicato come modello per valutare mania e depressione13, nonché l'attività dei farmaci antidepressivi14. Questo modello è stato utilizzato per studiare lo stress precoce della vita dopo la separazione materna in ratti adulti15. I paradigmi DSR possono essere suddivisi in tre modelli: la riduzione del modello di comportamento dominante13,16, la riduzione del modello di comportamento sottomesso 14 e il modello di inversione della clonidina della dominanza17.
Questo studio dimostra un'indagine sulla DSR attraverso compiti basati sulla competizione alimentare. I vantaggi di questo metodo sono la sua facile riproducibilità e la capacità di osservare e analizzare accuratamente il comportamento dominante-sottomesso. Inoltre, il compito comportamentale dominante-sottomesso si basa sul cibo piuttosto che sul territorio, a differenza dei compiti comportamentali comparabili, il che rende questo compito comportamentale più economico e più semplice e i ricercatori non hanno bisogno di sottoporsi a una formazione complicata per eseguire il compito ed elaborare i dati.
L'obiettivo generale del presente studio è dimostrare lo sviluppo di DSR dopo trauma cranico (TBI). Il trauma cranico è associato a menomazioni sociali, depressione e ansia. Il modello di induzione del trauma cranico è un modello standard semplice ed efficace che prevede l'induzione di lesioni cerebrali traumatiche con un dispositivo a percussione fluida18,19.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Protocollo
Gli esperimenti sono stati approvati dal Comitato per la cura degli animali dell'Università Ben-Gurion del Negev.Gli esperimenti sono stati eseguiti seguendo le raccomandazioni delle dichiarazioni di Helsinki e Tokyo e le linee guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio della Comunità europea. Nel presente studio sono stati utilizzati ratti maschi adulti di Sprague-Dawley, del peso di 300-350 g. Gli animali sono stati alloggiati a una temperatura ambiente di 22 ° C ± 1 ° C e un'umidità del 40% -60% con cicli luce-buio.
1. Preparazione degli animali
- Seleziona a caso 30 ratti maschi adulti e dividili in due gruppi: TBI e sham.
- Fornire chow (vedi la tabella dei materiali) e acqua ad libitum.
NOTA: eseguire tutti i passaggi del test contemporaneamente per controllare l'effetto dell'ora del giorno sulle prestazioni comportamentali. È meglio condurre i test di comportamento al mattino (tra le 6:00 e le 12:00) per evitare disturbi dall'attività generale. - Eseguire valutazioni basali del punteggio di gravità neurologica prima della lesione in entrambi i gruppi di ratti, come dettagliato nella fase 3 e nella Tabella 1.
- Anestetizzare i ratti con isoflurano al 4% (per l'induzione) e all'1,5% (per il mantenimento). Iniettare buprenorfina (0,05-0,1 mg/kg; SC) per l'analgesia preventiva.
- Controllare l'immobilizzazione del ratto testando la mancanza di movimento o il riflesso del pedale in risposta a uno stimolante.
NOTA: Per la somministrazione dell'anestesia, si raccomanda un flusso continuo di isoflurano.
2. Procedura chirurgica
NOTA: Tutte le procedure devono essere eseguite in condizioni asettiche. Utilizzare guanti sterili. Cambiare i guanti se viene toccata una superficie non sterile. Applicare lubrificante oftalmico su entrambi gli occhi per prevenire l'essiccazione. La lesione da fluido-percussione parasagittale è stata eseguita a seguito di rapporti precedentemente pubblicati18,20.
- Infiltrare il cuoio capelluto con lo 0,5% di bupivacaina (vedere la tabella dei materiali), eseguire un'incisione di 10 mm e ritrarre i tessuti lateralmente.
- Eseguire craniotomia18,20 4 mm posteriore e 4 mm laterale del bregma.
NOTA: L'area chirurgica deve essere disinfettata più volte con un movimento circolare sia con uno scrub a base di iodio o clorexidina che con alcool. - Indurre TBI18,19 con un dispositivo a percussione fluida (vedere la tabella dei materiali) su 21-23 ms attraverso il rubinetto a tre vie.
NOTA: eseguire un TBI moderato con un'ampiezza di 2,5 atm. - Eseguire craniotomia sul gruppo di ratti finti operati (Figura 1). Non indurre TBI per il gruppo finto.
- Eseguire l'infiltrazione di bupivacaina allo 0,1% prima di chiudere la ferita. Somministrare buprenorfina intramuscolare (0,01-0,05 mg/kg) come analgesia postoperatoria prima di prelevare l'isoflurano.
NOTA: Ripetere dosi di buprenorfina ogni 12 ore per almeno 48 ore. - Trasferire il ratto nella sala di recupero e monitorarne lo stato respiratorio (ad esempio, arresto respiratorio), neurologico (ad es. paralisi) e cardiovascolare (ad es. cambiamenti nel colore delle pupille, diminuzione della perfusione dei tessuti molli e bradicardia) per 24 ore.
3. Valutazione del punteggio di gravità neurologica
NOTA: Il punteggio più alto possibile per le alterazioni comportamentali e la funzione motoria è di 24 punti. Un punteggio di 0 rappresenta lo stato neurologico intatto e un punteggio di 24 rappresenta una grave disfunzione neurologica21,22,23 (Tabella 1).
- Valutare il punteggio di gravità neurologica (NSS) come descritto in precedenza24 sui ratti TBI e sham prima dell'intervento chirurgico, a 48 ore dopo l'intervento chirurgico (Figura 2A) e il giorno 28 dopo l'intervento chirurgico (Figura 2B).
4. Studiare il comportamento dominante-sottomesso
- Dividere casualmente i ratti in gabbie 1 settimana prima del test.
NOTA: Ogni gabbia deve contenere un ratto finto operato e un ratto TBI. - Eseguire una sessione di 15 minuti ogni giorno per 2 giorni prima del test in modo che i ratti possano acclimatarsi al protocollo.
NOTA: Il compito dominante-sottomesso è stato avviato il giorno 29 dopo l'infortunio (Figura 1). - Utilizzare un apparecchio (vedi la Tabella dei Materiali) costituito da due scatole di vetro acrilico trasparente (30 cm x 20 cm x 20 cm, Riquadro A e Riquadro B, Figura 3) collegati da un sottile tunnel 15 cm x 15 cm x 60 cm 15,19,25.
- Riempire un alimentatore (Figura 3) con latte zuccherato e posizionarlo al centro del tunnel. Utilizzare latte composto da 10% di zucchero e 3% di grassi.
- Posizionare l'apparecchio su un tavolo con un'altezza di 80 cm dal pavimento.
- Posizionare ogni ratto nell'apparecchio per 15 minuti per l'assuefazione nei primi 2 giorni. Inizia l'attività dopo 2 giorni di abituazione.
- Seleziona casualmente un ratto dal gruppo di controllo e uno dal gruppo di lesioni cerebrali traumatiche (TBI) e impostali a distanze uguali dall'alimentatore, consentendo loro di esplorare per 5 minuti.
- Consentire ai ratti l'accesso all'acqua ad libitum.
NOTA: l'attività è durata 5 giorni. La restrizione alimentare è stata eseguita per l'intero periodo di attività. Il cibo è stato somministrato ogni giorno per 1 ora dopo il periodo di prova. - Pulire l'apparecchiatura con alcol al 5% prima di eseguire i test successivi con altri ratti.
NOTA: La pulizia dell'apparecchio eliminerà l'odore dei ratti precedenti. Eseguire il test in una stanza con una corretta circolazione dell'aria.
5. Registrazione del video e analisi dei dati
- Posizionare una fotocamera e installare il software consigliato per computer (vedere la tabella dei materiali) per acquisire, salvare ed elaborare i dati.
NOTA: la telecamera deve essere installata ad un'altezza di 290 cm dal pavimento. - Registra il video mentre i topi sono nell'arena.
NOTA: La fotocamera e l'apparecchio sono stati posizionati a 210 cm di distanza. La parte dell'arena in cui viene condotto il test deve essere visibile nell'inquadratura della telecamera. - Eseguire l'analisi dei dati23 manualmente da due analisti ciechi ai gruppi.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Risultati
Valutazione del punteggio di gravità neurologica
I deficit neurologici sono stati valutati nei ratti maschi dopo TBI utilizzando la NSS. I ratti sono stati divisi in due gruppi: un gruppo TBI e un gruppo di controllo. Il gruppo di controllo è stato sottoposto a un intervento chirurgico fittizio. L'NSS ha permesso la valutazione della funzione motoria e dell'alterazione del comportamento mediante un sistema a punti22,23; Un punteggio di 24 indi...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Discussione
Studi clinici indicano che la lesione cerebrale può aumentare il rischio di disturbi psichiatrici26,27. Inoltre, TBI colpisce lo sviluppo del comportamento sociale28,29. In questo protocollo, il modello TBI ha avuto un effetto sulla presentazione del comportamento dominante-sottomesso. Il comportamento dominante-sottomesso si è manifestato in termini di tempo trascorso sull'alimentatore e chi è venuto pri...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Il lavoro svolto fa parte della tesi di dottorato di Dmitry Frank.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Clorexidina al 2% in soluzione alcolica al 70% | SIGMA - ALDRICH | 500 cc | Per l'antisepsi generale della pelle in campo operatorio |
| 4 tavole di diverso spessore (1,5 cm, 2,5 cm, 5 cm e 8,5 cm) | Questo serve a valutare il difetto | ||
| 4-0 Sutura in nylon | 4-00 | ||
| Bottiglie | Techniplast | ACBT0262SU | |
| Bupivacaina 0,1 % | |||
| Diamond Hole Saw Drill 3 mm di diametro | sega | in vetro opzionale. | |
| Bilancia digitale | SIGMA - ALDRICH | Rs 4.000 | |
| Forbici da dissezione | SIGMA - ALDRICH | Z265969 | |
| Etanolo 99,9 % | Farmacia | 5%-10% soluzione utilizzata per pulire le apparecchiature e rimuovere gli odori | |
| Dispositivo a percussione fluida | realizzato su misura presso l'officina | Non è consigliata una marca specifica. | |
| Spugne di | |||
| Gloves (guanti da laboratorio sottili) | Opzionale. | ||
| Riscaldatore con termometro | Heatingpad-1 | Modello: HEATINGPAD-1/2 | Si consiglia una marca specifica. |
| Horizon-XL | Mennen Medical Ltd | ||
| Isofluran, USP 100% | Piramamal Critical Care, Inc | NDC 66794-017 | Liquido anestetico per inalazione |
| Logitech Webcam Software | Logitech | 2.51 | Software per videocamera |
| Pinza operativa | SIGMA - ALDRICH | ||
| Forbici operative | SIGMA - ALDRICH | ||
| PC Computer per la registrazione USV e l'analisi dei dati | Intel | Intel core i5-6500 CPU @ 3.2GHz, 16 GB di RAM, sistema operativo a 64 bit | |
| Scatole in plexiglass collegate da uno stretto passaggio | Due scatole in plexiglass trasparenti da 30 cm × 20 cm × 20 cm collegate da uno stretto passaggio da 15 cm × 15 cm × 60 cm | ||
| Purina | Chow Purina | 5001 | Chow da laboratorio per roditori dato ai ratti, è una nutrizione per il ciclo di vita che è stata utilizzata nella ricerca biomedica |
| Gabbie per ratti (gabbia domestica per ratti o un altro recinto) | Techniplast | 2000P | Non è raccomandata alcuna marca specifica |
| Lame per bisturi 11 | SIGMA - ALDRICH | S2771 | |
| SPSS | SPSS Inc., Chicago, IL, USA | Un pacchetto | |
| Strumento stereotassico | realizzato su misura presso l'officina | universitariaNon è consigliata alcuna marca specifica | |
| Dispositivo di cronometraggio | Timer a intervalli: temporizzazione per la registrazione di | opzionale. Qualsiasi timer andrà bene, anche se è conveniente utilizzare un timer a intervalli se stai solleticando più ratti | |
| Videocamera | Logitech | C920 HD PRO WEBCAM | Videocamera digitale per la registrazione ad alta definizione del comportamento del ratto sotto test di sottomissione dominante |
Riferimenti
- Birch, L. C. The meanings of competition. The American Naturalist. 91 (856), 5-18 (1957).
- Crombie, A. C. Interspecific competition. The Journal of Animal Ecology. 16 (1), 44-73 (1947).
- Riechert, S. E. Game theory and animal contests. Game Theory and Animal Behavior. Dugatkin, L. A., Reeve, H. R. , Oxford University Press. Oxford, UK. 64-93 (1998).
- Chase, I. D., Tovey, C., Spangler-Martin, D., Manfredonia, M. Individual differences versus social dynamics in the formation of animal dominance hierarchies. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (8), 5744-5749 (2002).
- Vonk, J., Shackelford, T. K. Encyclopedia of Animal Cognition and Behavior. , Springer. Cham, Switzerland. (2019).
- De Vries, H. An improved test of linearity in dominance hierarchies containing unknown or tied relationships. Animal Behaviour. 50 (5), 1375-1389 (1995).
- Appleby, M. C. The probability of linearity in hierarchies. Animal Behaviour. 31 (2), 600-608 (1983).
- Drent, P. J., Oers, K. v, Noordwijk, A. J. v Realized heritability of personalities in the great tit (Parus major). Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 270 (1510), 45-51 (2003).
- Sapolsky, R. M. Endocrinology alfresco: psychoendocrine studies of wild baboons. Recent Progress in Hormone Research. 48, 437-468 (1993).
- Shively, C. A. Social subordination stress, behavior, and central monoaminergic function in female cynomolgus monkeys. Biological Psychiatry. 44 (9), 882-891 (1998).
- Shively, C. A., Grant, K. A., Ehrenkaufer, R. L., Mach, R. H., Nader, M. A. Social stress, depression, and brain dopamine in female cynomolgus monkeys. Annals of the New York Academy of Sciences. 807, 574-577 (1997).
- Tse, W. S., Bond, A. J. Difference in serotonergic and noradrenergic regulation of human social behaviours. Psychopharmacology. 159 (2), 216-221 (2002).
- Malatynska, E., Knapp, R. J. Dominant-submissive behavior as models of mania and depression. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 29 (4-5), 715-737 (2005).
- Malatynska, E., et al. Reduction of submissive behavior in rats: A test for antidepressant drug activity. Pharmacology. 64 (1), 8-17 (2002).
- Frank, D., et al. Early life stress induces submissive behavior in adult rats. Behavioural Brain Research. 372, 112025(2019).
- Knapp, R. J., et al. Antidepressant activity of memory-enhancing drugs in the reduction of submissive behavior model. European Journal of Pharmacology. 440 (1), 27-35 (2002).
- Malatyńska, E., Kostowski, W. The effect of antidepressant drugs on dominance behavior in rats competing for food. Polish Journal of Pharmacology and Pharmacy. 36 (5), 531-540 (1984).
- Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552-1563 (2010).
- Boyko, M., et al. Traumatic brain injury-induced submissive behavior in rats: Link to depression and anxiety. Translational Psychiatry. 12 (1), 239(2022).
- Jones, N. C., et al. Experimental traumatic brain injury induces a pervasive hyperanxious phenotype in rats. Journal of Neurotrauma. 25 (11), 1367-1374 (2008).
- Frank, D., et al. A novel histological technique to assess severity of traumatic brain injury in rodents: Comparisons to neuroimaging and neurological outcomes. Frontiers in Neuroscience. 15, 733115(2021).
- Frank, D., et al. A metric test for assessing spatial working memory in adult rats following traumatic brain injury. Journal of Visualized Experiments. (171), e62291(2021).
- Frank, D., et al. Induction of diffuse axonal brain injury in rats based on rotational acceleration. Journal of Visualized Experiments. (159), e61198(2020).
- Zlotnik, A., et al. β2 adrenergic-mediated reduction of blood glutamate levels and improved neurological outcome after traumatic brain injury in rats. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 24 (1), 30-38 (2012).
- Frank, D., et al. A novel histological technique to assess severity of traumatic brain injury in rodents: Comparisons to neuroimaging and neurological outcomes. Frontiers in Neuroscience. 15, 733115(2021).
- Marinkovic, I., et al. Prognosis after mild traumatic brain injury: Influence of psychiatric disorders. Brain Sciences. 10 (12), 916(2020).
- Robert, S. Traumatic brain injury and mood disorders. Mental Health Clinician. 10 (6), 335-345 (2020).
- Sabaz, M., et al. Prevalence, comorbidities, and correlates of challenging behavior among community-dwelling adults with severe traumatic brain injury: A multicenter study. The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 29 (2), 19-30 (2014).
- Aaronson, A., Lloyd, R. B. Aggression after traumatic brain injury: A review of the current literature. Psychiatric Annals. 45 (8), 422-426 (2015).
- Koolhaas, J. M., et al. The resident-intruder paradigm: A standardized test for aggression, violence and social stress. Journal of Visualized Experiments. (77), e4367(2013).
- Bhatnagar, S., Vining, C. Facilitation of hypothalamic-pituitary-adrenal responses to novel stress following repeated social stress using the resident/intruder paradigm. Hormones and Behavior. 43 (1), 158-165 (2003).
- Boyko, M., et al. The effect of depressive-like behavior and antidepressant therapy on social behavior and hierarchy in rats. Behavioural Brain Research. 370, 111953(2019).
- Gruenbaum, B. F., et al. A complex diving-for-food Task to investigate social organization and interactions in rats. Journal of Visualized Experiments. (171), e61763(2021).
- Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
- Pinhasov, A., Crooke, J., Rosenthal, D., Brenneman, D., Malatynska, E. Reduction of Submissive Behavior Model for antidepressant drug activity testing: Study using a video-tracking system. Behavioural Pharmacology. 16 (8), 657-664 (2005).
- Nesher, E., et al. Differential responses to distinct psychotropic agents of selectively bred dominant and submissive animals. Behavioural Brain Research. 236 (1), 225-235 (2013).
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Ristampe e permessi
